锰基氧化物超级电容器电极材料的制备与性能

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1、中阁分炎TB43f校代码：10856学号:M050212112硕士学位论文Master’sThesis锰基氧化物超级电容器电极材料论文题目的制备与性能材料学专业邵佳佳作者姓名周细应指导教师完成口期2〇14年I2月上海工程技术大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所递交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研宄工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年多月尨日上海工程技术大学学位论文版权使

2、用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅。本人授权上海工程技术大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□在__年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密tV^(请在以上方框内打“V”）学位论文作者签名：辦使fi指导教师签名：日期年巧月《日日期:wJ年6月/广日r中图分类号：TB43学校代码：10856学号：M050212112上海工程技术大学硕士学位论文锰基氧化物超级电容器电极材料的制备与性能作者

3、姓名：邵佳佳指导教师：周细应专业：材料学学院：材料工程学院申请学位：工学硕士完成时间：2014年12月评阅人：答辩委员会主席：成员：UniversityCode：10856StudentID:M050212112PREPARATIONANDPROPERTITESOFMANGANESE-BASEDOXIDENANOMATERIALSFORSUPERCAPACITORSCandidate:SHAOJiajiaSupervisor:ZHOUXiyingMajor:MaterialsScienceSchoolofMaterialsEngineeringShanghaiUniver

4、sityofEngineeringScienceShanghai,P.R.ChinaDecember,2014锰基氧化物超级电容器电极材料的制备与性能摘要电化学能源存储与转换是二十一世纪应对能源危机和环境恶化的重要解决途径之一，在这个领域中，超级电容器由于高功率密度、长循环寿命、充放电速度快以及高安全可靠性等特点正日益受到大家的重视。电极材料对电容器的电化学性能有重大影响，在众多的电极材料类型中，贱金属材料（如二氧化锰）表显现出优异的电化学性能，并有价格低廉、环境友好的独特优势，为探索新型能源材料指引了方向，也为功能导向性的材料设计和性能优化提供了一个崭新的平台。二氧化锰

5、（MnO2）是目前极具潜力的超级电容器电极材料，然而其本身导电率低，结构和形貌复杂多样限制了电化学性能的发挥。本论文旨在提高MnO2的电化学性能，通过合理设计实验方案，达到调控其结构和形貌的目的，并在此基础上探索材料制备工艺、微结构和电化学性能之间的联系。本论文对锰基超级电容器电极材料电性能的优化策略以及对同晶核壳结构储能机理的定量分析将为未来设计和制备高性能能源转换与存储材料提供新的思路。本论文主要内容如下：1.基于对水热合成法以及磁场作为制备特殊性能材料所需条件的认识，作者首次用磁场辅助水热合成法的方式制备了多种不同形貌和晶型的二氧化锰电极材料。随着外加磁场强度增大，

6、二氧化锰形貌从纳米花（0T）转化为纳米花-针（0.3T）最终转变为纳米花-线（0.6T）；晶型从α-MnO2逐渐转变为γ-MnO2。其中：纳米花-针（α-MnO2）的比电容最大，高达382F/g；连续循环5000次后（扫描速率50mV/s），电容保持率为95.3%，具有优异的电化学性能。结果表明：外加磁场辅助水热合成法能达到调控二氧化锰结构和形貌的目的，并显著提高二氧化锰的电化学性能。+4+2-2.外加磁场能加快顺磁性离子如K、Mn和O的扩散速度，减小氧空位等缺陷的产生，使α-MnO2结晶程度更好。另外，α-MnO2由2×2隧道结构组成，孔道较大(4.6Å)，利于离子的扩

7、散行为，而且其比表面积大，活性位点多，能增大电解液和材料本身的接触面积，提高材料的利用率。3.首次通过引入MnO2纳米线作为晶种的方法制备出同晶MnO2@MnO2核壳结构，超薄的MnO2纳米片均匀的生长在MnO2纳米线表面，且两者都为β-MnO2，形I成同晶核壳结构。在不同的扫描速率下，同晶MnO2@MnO2核壳结构的比电容比MnO2纳米线高出4~5倍，其增大的电容量主要来自活性材料和电解液之间的双电层电容以及锰元素发生氧化还原反应产生的赝电容。循环20000次后（电流密度5A/g），同晶MnO2@MnO2核壳结构的电容保持率